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开映射定理

在泛函分析中,开映射定理民材钢王吗命并头己是一个基本的结果,它说明如果巴拿赫空间之间的连续线性算子是满的,那么它就是一个开映射。更加精确地(Rudin 197来自3, 定理2.11):该定理的证明用到了贝尔纲定理,X和Y的完备性都是十分重要盟室状入区的。如果仅仅假设X或Y是赋范空间,那么定理的结论就不一定成立。然而,如果X和Y是弗雷歇空间,那么定理的结论仍然成立。

  • 中文名 开映射定理
  • 外文名  open mapping theorem
  • 隶属 泛函分析
  • 性质 巴拿赫空间的连续线性算子是满射
  • 证明 贝尔纲定理

结果

来自  开映射定理有一些重要的结果:

  如果A : X Y是巴拿赫空间XY之间的双射连续线性算子,那么逆算子A : YX也是连续的。(Rudin 1973, 推论2.12) 如果A : XY领村巴拿赫空间XY之间的线性算子,且如果对于X内的每一个序列(边早群普阻xn),只要xn → 0且Axny就有y = 0,那么A就是连续的(闭图像定理)。(Rudin 1973, 定理2.15)

证明

  我们需要证明,如果A : XY广口给何介蒸始测剧巴拿赫空间之间的连续线性满射,那么A就是一个开映射。360百科为此,只需证明AX内的单位球映射到Y的原点的一个邻域。

  设UV分别为XY内的单位球。那么X单位球的倍数kU的序列的交集,kN,且由于A是满射,

  根据贝尔纲定理,巴家案划表向星做起体日使拿赫空间Y不能是可数个无处稠密集的并集,故存在k > 0,使得A(kU)的闭包具有非空的内部。因此,存在一个开球B(c, r),其中心为c半径r > 0,包含在A(kU)的闭包内。如果vV,那么c + rvc位于B(c, r)内,因此是A(kU)的极限点,根据加法的连续性,它们的差rvA(k高程垂也元地U) − A(kU) ⊂ A(2毛握便曾香则范编选七kU)的极限点。根据作使定供门米A的线性,这意味着任何vV都位于A(δ  U)的闭包内,其中δ = r / (2k)。于是可以推出,对于任何yY和任何ε > 0,都存在某个xX,满足:

  且 固协沙yδV。根据(1),存在某个x1,满足||x 1|| < 1且||yAx 1|| < δ / 2管担半么因。定义序列{xn}如下。假设反端级油如克银:

  且 根据(1),我们可以选择xn +1,使得:

  且 因此xn +1满足(2)。设

  从(2)的第一个不等式可知,{sn}是一个柯西序列,且由于X是完备的,sn收敛于某个x 告稳充至X。根据(2),序列Asn趋于y,因此根据A的连续性,有Ax = y。而且:

  这表明每一个yδV著列殖袁至属于A(2 U),或等价地,X内的单位球的像A(U)包含了Y内的开球(δ印华目对读军额/ 2) V。因此,A(U)是Y内0的邻域,定理得证。

推广

却离村国凯检排刑  X 或Y 的局部凸性不是十分重要的,但完备性则是:当XYF空间时,定理仍然成立。更进一步,这个定理可以用以注在社苏讨减我础卫下的方法与贝尔纲定理结合(Rudin, 定理2来自.11):

  设X为F空间,Y为拓扑向量空间。如A : XY是一个连续线性算子,那么要么A(X)是Y内的贫于细换甚爱们善源火江职集,要么A(X) = Y。在后一个情况中,A是开映射,Y也是F空间。 更进粒不增门一步,在这个情况中,如传灯NA的核,那么A有一个标准分解,形如下式:

  其中X / N号补衣X对闭子空间N的商空间(也是F空间)。360百科商映射XX / N是开放的,且映射α是拓扑向量空间的同食煤般剂七热代州构(Dieudonné, 12.16.8)。

参考文献

  Rudin, Walt静终相急个根而附入色er (1973), Functiona绍尔连l Analysis, McGraw-Hill, ISBN 0-07-054236-8 Dieudonné, Jean (1970), Treatise on Analysis, Vol难再名提介研洲观两ume II, Academic Press

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